tema 3 - opencourseware de la universidad de...
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Elementos esenciales
•
Macronutrientes–
N, K, Ca, P, Mg, S
•
Micronutrientes–
Fe, Ni, Cl, Mn, Zn, B, Cu, Mo
Epstein (1971)1. No se puede completar el ciclo sin él2. Efecto irreemplazable por otro elemento3. Forma parte de una molécula esencial
Otros componentes
•
Azúcar•
Reguladores del desarrollo
•
Vitaminas •
Agente solidificante
•
Aminoácidos y otros suplementos de N•
Compuestos no definidos (leche coco…)
•
Tampones
Algunas reseñas…
•
In vitro, la incorporación de ión aumenta con la concentración hasta 2xMS, con excepciones
•
La incorporación activa es menos dependiente de la concentración de ión que la pasiva
•
Ambas están influidas por la concentración de otros elementos, el pH, la temperatura, y el estado fisiológico y bioquímico del tejido–
La demanda de N aumenta cuando abundan lo s carbohidratos en las células
•
El N y el P (especialmente amonio) se absorben más rápidamente cuando el cultivo empieza a funcionar
•
Nutrientes, especialmente micronutrientes, pueden estar como impurezas en el agar
Macronutrientes•
NITROGENO
•
Forma oxidada-NO3+
•
Forma reducida-NH4+
–
La toma de nitrato conlleva la salida de aniones, alcalinizando el medio
–
La toma de amonio conlleva la salida de protones, acidificando el medio
•
En un medio con ambos, inicialmente la toma más rápida es de amonio y el pH cae, inhibiéndose la toma de amonio y estimulándose la de nitrato.
Correlación entre toma de N, crecimiento celular y conversión de N en materiales orgánicos
•
Una buen suministro de N mantiene las células cultivadas indiferenciadas
•
La falta de aporte de N dispara el metabolismo de compuestos libres de N, tales como lignina, asociados a la diferenciación de células con pared secundaria
El NO3- es la forma de aporte preferente
de N a la planta
•
¿Por qué no añadir sólo amonio al medio de cultivo si el NO3
- se transforma en amonio? •
Toxicidad del ión amonio a alta concentración
•
Necesidad de mantener el pH del medio•
Muchos tipos de cultivo responden mejor con las dos formas
•
Evitar hiperhidricidad
Ciclo Krebs
Acido pirúvico
Fuente de Ninorgánico
NH4+
NO3- NO2
- NH4+
Α-cetoglutárico
Acido glutámico
GlutaminaGS GOGAT
GDH
Azucar
Carboxylatos
-NH2
Otros aminoácidos
Fuentes de N orgánico
NR NiR Transaminasas
Balance correcto de iones?
•
Concentración total de N en el medio•
Tasa nitrato/amonio
Importancia del balance nitrato/amonio
Aminoácidos como única fuente de N
•
Nicotiana tabacum: Muller and Grafe, 1978.•
Daucus carota: Anderson, 1976.
N inórganico Aminoácidos
•
Glicina, glutamina•
Hidrolizados de proteinas: caseina–
Calcio
–
Fosfato–
Microelementos
–
Mezcla de hasta 18 aa
Beneficios•
Ahorro de ATP empleado en la conversión de N inorgánico en aa.
•
Agente quelante•
Aumento de la asimilación de N
•
Evitar la toxicidad del amonio en ciertos cultivos–
Gamborg and Shyluk 1970
–
Ochatt and Caso 1986; Ochatt and Power (1988a,b)
•
Crecimiento en cultivos a bajas densidades–
Kao and Michayluk 1975
Fosfato•
Presente en:–
Ácidos nucleicos, fosfolípidos, coenzimas…
•
Forma de absorción:–
H2 PO4
-
•
Funciones:–
Energía vía fotosíntesis/respiración
–
Regulación de la actividad de proteínas
Potasio
•
Potencial osmótico de las células•
Extensión celular
•
Movimiento de estomas•
Regulador del pH
•
Activación de enzimas
Sodio
•
Estabilizador osmótico en plantas halófitas–
Acumulan altas concentraciones en vacuolas y mantienen la presión de turgor necesaria para el crecimiento
•
Esencial sólo en plantas CAM tolerantes a la sal–
Necesario para fijar CO2 en fotosíntesis
Magnesio
•
Esencial para la clorofila•
Formación de ATP
•
Agregación de las subunidades de ribosomas
•
Como el potasio, balancea y neutraliza aniones y ácidos
Azufre
•
Síntesis de proteínas•
Síntesis de lípidos
•
Regular la estructura y actividad de proteínas mediante puentes S-S–
Glutation
•
Detoxificación de radicales del O–
Tioredoxina y Ferredoxina
•
Química redox
Calcio•
Equilibrio de aniones pero no es fácilmente difusible
•
Unión a moléculas biológicas y establecimiento de enlaces coordinados–
Estructura y propiedades de la membrana celular y lámina media de la pared celular
–
Síntesis de celulosa–
Cofactor enzimas síntesis de ATP
–
Mensajero secundario (calmodulina)
Cloro
•
Apertura estomática•
Mantenimiento de la presión de turgor
•
Equilibrio iónico en los cambios en los niveles de K, Mg y Na
•
Fotolisis in vitro, in vivo?
Micronutrientes
•
Fe, Mn, Zn, B, Cu, Co, Mo•
Componentes de proteínas de importancia metabólica y fisiológica
•
Funcionamiento del aparato genético•
Actividad de los reguladores del desarrollo
Manganeso
•
Actividad de enzimas–
descarboxylasas, dehydrogenasas, kinasas, oxidasas, superóxido dismutasas
•
Estructura del cloroplasto•
Reacciones redox (Mn II-Mn IV)–
fotosíntesis
Zinc
•
Componente de metalo-enzimas•
Requerido por más de 300 enzimas–
DNA y RNA polimerasas
•
Relacionado con las síntesis de IAA a partir de triptófano
Boro
•
Integridad y funcionamiento de la membrana plasmática y pared celular
•
Biosíntesis de lignina•
Mantenimiento de la actividad meristemática
•
Acción del fitocromo y respuestas de las plantas a la gravedad
Cobre y Molibdeno
•
Cu(I) and Cu (II)•
Unión a enzimas que reaccionan con el O–
Citocromo oxidasa (respiración)
–
Superóxido dismutasa (eliminación de radicales del O formando agua)
•
Plastocianina (transferencia electrónica en fotosíntesis)
•
Mo: metabolismo del N–
nitrato reductasa y nitrogenasa
Cobalto
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Vitamina B12–
Síntesis de ácidos nucleicos
•
Protección contra la toxicidad de quelados metálicos
•
Inhibición de reacciones oxidativas catalizadas por Fe y Cu
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Inhibe la síntesis de etileno
Aluminio y Niquel
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Al– Cultivo de helechos
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Ni– Ureasa (urea amonio)
Iodo
•
Euwens (1976)–
Evita el browning en la palma de coco
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Quoirin and Lepoivre (1977)–
Mejora supervivencia y desarrollo de meristemos de Prunus
Silicio•
Segundo elemento más abundante en la Tierra–
46.6% Oxígeno(O) 27.7% Silicón(Si) 8.1% Alumino(Al) 5.0% Hierro(Fe) 3.6% Calcio(Ca) 2.8% Sodio(Na) 2.6% Potasio(K) 2.1% Magnesio(Mg)
•
Epstein 1971–
Importante en estrés biótico y abiótico
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No se añade normalmente
Hierro
•
Reacciones redox–
Cloroplastos, mitocondria, peroxisomas
•
Requerido en la formación de precursores de clorofilas
•
Componente proteína ferredoxina–
Transporte electrónico en fotosíntesis
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Problemas de precipitación en medios aireados y/o ligeramente alcalinos–
Fe2+ se oxida a Fe3+ y el Fe libre precipita como Fe(OH)3
–
Skoog y cols. empiezan a usar EDTA en medio de cultivo de callo de tabaco en 1956 y discuten los resultados en Murashige and Skoog (1962)
Compuestos quelantes
•
Compuestos quelados–
Los metales pueden ser ligados o secuestrados en solución en condiciones donde los cationes libres podrían reaccionar con los aniones y formar compuestos insolubles
–
El quelado debe poder liberar el ión
Cruickshank et al. 1987. El Cu2+ unido a aa es más activo biológicamente que el ión libre
Agentes quelantes•
EDTA–
Ethylenediaminetetraacetic acid
•
EGTA–
Ethyleneglycol-bis(2-minoethylether)tetraacetic acid
•
EDDHA–
Ethylendiamine-di(0-hydroxyphenyl)acetic acid
•
DTPA–
Diethylenetriaminepentaacetic acid
•
DHPT–
1,3-diamino-2-hydroxypropanetetraacetic acid
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